大学化学：第8章化学与生命科学

第八章化学与生命科学8-1

蛋白质、酶8-2

脱氧核糖核酸(DNA)与基因工程8-3

药用植物有效成分及药物设计8-4

微量元素与人体健康8-5化学仿生学8-1

蛋白质、酶一、蛋白质二、酶三、蛋白质的应用与现实生活一、蛋白质1．蛋白质的化学组成与分类2．蛋白质的基本结构单位——氨基酸

3．蛋白质的大小与相对分子质量

4．蛋白质的构象

5．蛋白质功能的多样性1．蛋白质的化学组成与分类A蛋白质的化学组成B蛋白质分类：A.蛋白质的化学组成a.蛋白质的元素组成b.蛋白质的化学结构a.蛋白质的元素组成:主要元素在蛋白质中的组成百分比： 有些蛋白质还含有磷、铁、铜、碘、锌和钼等。蛋白质的平均含氮量为18%蛋白质含量的测定碳氢氧氮硫其他50%7%23%16%0~3%微量蛋白质含量的测定凯氏(KJedahl)定氮法：蛋白质含量=蛋白氮×6.25

式中6.25，即16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质量（克数）。

b.蛋白质的化学结构由氨基酸组成，并由氨基酸首尾相连形成的共价多肽链的长链分子。B蛋白质分类：a.按蛋白质的组成成分：

简单蛋白质

结合蛋白质b.依据蛋白质的生物功能：酶、运输蛋白质、营养和贮存蛋白质、收缩蛋白质或运动蛋白质、结构蛋白质和防御蛋白质等。简单蛋白质蛋白质完全由氨基酸构成如核糖核酸酶，胰岛素等。简单蛋白质可以根据其物理化学性质如在水、盐、酸、碱、醇中的溶解度分为：清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白等。结合蛋白质蛋白质除了蛋白质部分外，还有非蛋白质成分。非蛋白质成分称辅基或配基。结合蛋白可以按其不同的辅基，如核酸、脂质、糖、血红素等，分为核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、血红蛋白等。2．蛋白质的基本结构单位——氨基酸非蛋白质氨基酸不参与蛋白质组成的氨基酸。蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸参与蛋白质组成的氨基酸。常见的蛋白质氨基酸或称基本氨基酸只有二十种。结构如表

6-1蛋白质氨基酸的组成氨基酸的解离氨基酸的缩合：肽键与多肽链表6-1组成蛋白质的20种氨基酸

蛋白质氨基酸的组成：除脯氨酸外，通式为：R代表侧链基团氨基酸不同,R基团不同

氨基酸的解离在中性pH值的溶液中氨基酸存在形式主要是偶极离子（或两性离子），而不是未电离的分子，它是一类两性物质。在氨基酸的偶极形式中，氨基被质子化（-NH），羧基离解成（-COO—），氨基酸的电离状态随pH而改变。肽键在蛋白质合成时，一个氨基酸的α羧基和另一个氨基酸的α氨基连接起来成为酰胺键，通常称为肽键。两个氨基酸缩去一个水分子后生成一个二肽。

多肽链很多个氨基酸由肽键相连形成一个多肽链，它没有分支。在多肽链中一个氨基酸单位称为一个残基。多肽链具有方向性，多肽链的构造单元的两端不同，即α—氨基和α—羧基。按惯例，氨基末端（N端）被认为是多肽链的头部，多肽链按照氨基酸的顺序从氨基末端残基写起，直至羧基末端（C端）。3．蛋白质的大小与相对分子质量蛋白质是相对分子质量很大的生物分子。均一蛋白质的相对分子质量可以测得，其变化范围很大，从约6×103到1×107或更大一些（表6-2）。蛋白质相对分子质量与所含氨基酸数目的关系均一蛋白质

任一种给定的蛋白质来说，它的所有分子在氨基酸的组成和顺序以及链的长度方面都是相同的。

表6-2一些蛋白质的相对分子质量

蛋白质相对分子质量与所含氨基酸数目的关系简单蛋白质，用110除它的相对分子质量即可约略估计出组成该蛋白的氨基酸的数目。组成蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量约为138，但在多数蛋白质中较小的氨基酸占优势，因此平均相对分子质量接近128。每形成一个肽键将除去一分子水（相对分子质量18），所以氨基酸残基的平均相对分子质量约为128-18=110。4．蛋白质的构象每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构，它通常称为蛋白质的构象。如：纤维状蛋白质

球状蛋白质蛋白质结构的组织层次纤维状蛋白质不溶于水，在生物体内作为结构成分存在。纤维状蛋白质中，多肽链沿着纤维纵轴的方向借助链内氢键卷曲成α—螺旋，或借助链间氢键连接成伸展的β—折叠片。球状蛋白质多数溶于水，在细胞内通常承担动态的功能。天然的球状蛋白质中，多肽链盘绕成紧密的球状结构。蛋白质结构的组织层次：一级结构二级结构三级结构四级结构影片:蛋白质结构蛋白质晶体一级结构：指的是多肽链共价主链的氨基酸顺序。二级结构：指的是多肽链借助氢键排列成沿一维方向具有周期性结构的构象。如纤维状蛋白质中的α—螺旋和β—折叠片。这两种构象也存在于球状蛋白质中。三级结构：多肽链借助各种次级键（如氢键等）盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象。三级结构中，除了属于二级结构的α—螺旋和β—折叠片等有规则的构象之外，还有无规则的松散肽段。四级结构一些特定三级结构的肽链（称为亚基）之间在空间上的相互关系或结合方式。5．蛋白质功能的多样性（1）作为有机体新陈代谢的催化剂——酶（2）为有机体的结构成分（3）贮藏氨基酸的功能（4）具有运输的功能（5）有些蛋白质具有协调动作的功能（6）激素的功能（7）防御机能

其他功能

1）作为有机体新陈代谢的催化剂——酶最重要的生物学功能。几乎所有的酶都是蛋白质。生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的。例如，淀粉酶催化淀粉的水解；脲酶催化尿素分解为二氧化碳和氨，等等。（2）为有机体的结构成分主要的生物学功能之一。如：在高等动物里，胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架。细胞里的片层结构，如细胞膜、线粒体、叶绿体和内质网等都是由不溶性蛋白质与脂质组成的。

（3）贮藏氨基酸的功能某些蛋白质有贮藏氨基酸的功能，用作有机体及其胚胎或幼体生长发育的原料。如：蛋类中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦醇溶蛋白等。

（4）具有运输的功能某些蛋白质具有运输的功能。如：脊椎动物红细胞里的血红蛋白和无脊椎动物中的血蓝蛋白在呼吸过程中起着输送氧气的作用。血液中的脂蛋白随着血流输送脂质。生物氧化过程中某些色素蛋白如细胞色素c等起电子传递体的作用。

（5）有些蛋白质具有协调动作的功能有些蛋白质具有协调动作的功能。如：肌肉的收缩是通过两种蛋白微丝（肌动蛋白的细丝和肌球蛋白的粗丝）的滑动来完成的。有丝分裂中染色体的运动以及精子鞭毛的运动等，也是由蛋白质组成的微管的运动产生的。

（6）激素的功能一些蛋白质具有激素的功能，对生物体内的新陈代谢起调节作用。如：胰脏兰氏小岛细胞分泌的胰岛素参与血糖的代谢调节，能降低血液中葡萄糖的含量。

（7）防御机能高等动物的免疫反应是有机体的一种防御机能。免疫反应主要也是通过蛋白质来实现的。这类蛋白质称为抗体或免疫球蛋白。抗体在外来的蛋白质或其他的高分子化合物即所谓抗原的影响下产生的，并能与相应的抗原结合而排除外来物质对有机体的干扰。其它功能起接受和传递信息作用的受体，如：接受各种激素的受体蛋白接受外界刺激的感觉蛋白（如视网膜上的视色素）味蕾上的味觉蛋白调节或控制细胞的生长、分化和遗传信息的表达，如：

组蛋白、阻遏蛋白二、酶1．酶的生物学意义2．酶的化学本质3．酶的作用特点4．酶是生物催化剂酶高效生物催化剂。使生物体内的许多复杂的化学变化进行得极为顺利和迅速，使生物体内的各种物质处于不断的新陈代谢之中。酶在生物体的生命活动中占有极其重要的地位。2．酶的化学本质

（1）酶的蛋白质本质

（2）酶的组成分类酶的蛋白质本质具有催化作用的蛋白质，几乎所有的酶都是蛋白质。酶由氨基酸组成；具有两性电解质的性质，并具有一、二、三、四级结构。受某些物理因素（加热、紫外线照射等）及化学因素（酸、碱、有机溶剂等）的作用而变性或沉淀，丧失酶活性。酶的相对分子质量也很大。在体外，酶能被胰蛋白酶等水解而失活。（2）酶的组成分类根据酶的组成成分：a.简单蛋白质：

活性仅仅决定于它的蛋白质结构的酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。b.结合蛋白质：结合非蛋白辅助因子后，表现出酶的活性的酶。全酶：酶蛋白与辅助因子结合后所形成的复合物，即全酶=酶蛋白+辅助因子。

辅助因子为金属离子及有机化合物，本身无催化作用，一般在酶促反应中起运输转移电子、原子或某些功能基的作用。辅助因子分类：

辅基：以共价键和酶蛋白较牢固地结合在一起的辅助因子。

辅酶：与酶蛋白以氢键等松驰结合的辅助因子。3．酶的作用特点

（1）酶的活性中心

（2）酶催化特点（1）酶的活性中心定义：酶分子中具有特殊催化能力的一定区域。活性中心位置对于不需辅酶的酶

对于需要辅酶的酶活性中心功能部位活性中心与空间构象的关系不需辅酶的酶在酶分子三维结构上比较靠近的少数几个氨基酸残基或是这些残基上的某些基团，它们在一级结构上可能相距甚远，甚至位于不同的肽链上，通过肽链的盘绕、折叠而在空间构象上相互靠近。需要辅酶的酶辅酶分子，或辅酶分子上的某一部分结构为活性中心的组成部分。活性中心功能部位结合部位一定的底物靠此部位结合到酶分子上。催化部位底物的化学键在此处被打断或形成新键，发生一定的化学变化。活性中心与空间构象的关系

活性中心的形成要求酶蛋白分子具有一定的空间构象。酶分子中的其他部位为酶活性中心的形成提供了结构基础。破坏酶的结构，可能影响酶活性中心的特定结构，从而影响酶活力。

（2）酶催化特点

酶催化的专一性取决于酶分子活性中心必需基团各原子的空间排布以及酶与底物（被酶作用的物质）之间的多点结合。关于酶催化的学说：

锁—

钥模型

诱导契合模型锁—

钥模型酶本身的活性中心在形状上是与底物互补。诱导契合酶在与底物结合后改变了形状，活性中心在形状上只在与底物结合后才与后者互补。我国科学家邹承鲁指出，酶分子的活性中心构象上相对的柔性是酶催化所必需的。4．酶是生物催化剂（1）用量少而催化效率高（2）酶的作用具有高度的专一性（3）酶易失活（4）酶活力的调节控制（5）酶的催化活力三、蛋白质的应用与现实生活1.临床化学分析中的应用2.安全有效的药品3酶法分析用于食品分析4.在一些工业生产中利用酶制剂5.在日常生活中所使用

8-2

脱氧核糖核酸(DNA)与基因工程

一、核酸的化学组成二、DNA的结构及DNA的复制三、DNA携带的遗传信息与遗传性状

四、遗传工程或基因工程一、核酸的化学组成1.核酸的化学组成示意图2.核酸分类

根据核酸中所含戊糖种类不同而分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。

DNA和RNA的基本化学组成如下表：名称DNARNA嘌呤碱

腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)嘧啶碱

胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)戊糖D-2-脱氧核糖D-核糖酸磷酸磷酸二、DNA的结构及DNA的复制DNA为遗传的物质基础，它具有遗传的物质必须具有的基本特性DNA所特有的物理、化学和生物学性质及功能，都源于它的分子结构：1.DNA的碱基组成特点2.DNA的结构3.DNA的复制遗传的物质必须具有的基本特性第一具有稳定的结构，能进行复制第二携带生命的遗传信息第三能产生遗传的变异1.DNA的碱基组成及特点DNA的碱基组成：参与DNA组成的主要有四种碱基即：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。在DNA分子中含有少量稀有碱基。DNA的碱基组成特点DNA的碱基组成特点1)所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，即A=T；鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔含量相等，即G=C。嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等，即A+G=C+T。

2)DNA的碱基组成具有种的特异性，即不同生物种的DNA具有自己独特的碱基组成。2.DNA的结构DNA的一级结构生物体内天然的DNA空间结构特性DNA的一级结构DNA的一级结构由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸即：腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸，通过3′，5′-磷酸二酯键连接起来的多聚体。DNA链的方向，为从5′-P端到3′-OH端。DNA的一级结构为DNA分子内碱基的排列顺序，并决定DNA的空间结构。DNA分子高度有序的，DNA以密码子的方式蕴藏了遗传信息，任何一段DNA序列都可以反映出它的高度个体性或种族特异性。生物体内天然的DNA空间结构具有以下特性：（1）两条反向平等的多脱氧核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕成双螺旋结构。（2）嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。磷酸与核糖在外侧，彼此通过3′，5′-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。（3）两条脱氧核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢链而结合在一起。碱基之间的配对遵守碱基互补原则，即A只能与T相配对，形成两个氢链；G与C相配对，形成三个氢键。

3.DNA的复制

DNA分子能自体复制，保证遗传信息的世代相传。其过程为：

DNA的两条链松开，每条链都作为样板（母链）来接受相应的核苷酸；根据碱基互补配对的原则，相应的核苷酸会很自然地合成出副链。一个DNA分子变成两个内容一致的

DNA分子。

三、DNA携带的遗传信息与遗传性状携带有两类不同的遗传信息。一类是负责编码蛋白质氨基酸组成的信息，这类信息通过转录成RNA来控制蛋白质的合成，从而决定了生物体的遗传性状。另一类遗传信息负责基因活性的选择性表达。蛋白质氨基酸组成信息的传递DNA为模板合成一条传递遗传信息的RNA（称信使RNA，或mRNA）多个核蛋白体（rRNA）附着于mRNA上，形成多核蛋白体转运RNA（tRNA）携带各种氨基酸在多核蛋白体上各种氨基酸在多核蛋白体上以肽键互相结合生成具有一定氨基酸排列顺序的特定多肽链,多肽链的氨基酸顺序是由mRNA分子上的碱基顺序决定的。不同的基因通过mRNA上的若干个遗传密码控制着特定蛋白质的合成基因DNA分子中编码蛋白质肽链的片段。遗传密码三个碱基形成一个遗传密码一个遗传密码体现一个氨基酸的信息

表6-4

氨基酸在RNA上的遗传密码基因活性的选择性表达DNA一级结构参与蛋白质的合成、DNA的复制、细胞的分化等，在细胞周期的不同时期和个体发育的不同阶段、不同器官、组织以及不同外界环境下，决定基因开启还是关闭，开启量的多少等等。

DNA一级结构有两种情况：（1）它本身负责编码某些重要的调控蛋白，这些蛋白质负责调控相应的基因；（2）一些DNA一级结构区段负责基因表达的调控，即决定基因开启或关闭的元件。一般由调控蛋白与调控元件相互作用来有效地控制基因，后者成为调控蛋白作用的靶序列。DNA分子中有各种特异性调控元件。这样生物在生长发育过程中，遗传性状的展现可按一定时间程序发生改变，而且随着内外环境条件的变化而加以调整。

四、遗传工程或基因工程

1.基本概念2.基因工程的应用基本概念遗传工程基因工程基因工程操作过程遗传工程狭义的遗传工程就是重组DNA技术，又称分子克隆或基因工程；广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程、细胞器工程等。习惯上所讲的遗传工程多指基因工程。基因工程一种按人们的构思和设计，在试管内操作遗传物质，并最终实现改造生物的新技术。基因工程是生物工程的核心技术。它的研究水平最能够代表一个国家生物工程研究与开发的实力。基因工程操作过程:

第一，用一种“手术刀”——限制性核酸内切酶（简称内切酶）从一种生物细胞的核酸分子上切取所需要的遗传基因。外源性DNA分子或外源性基因:

从某种生物中分离得来的基因，含有一种或几种遗传信息。第二，选择适宜的基因运载体，它经内切酶处理后，与外源性基因结合，形成重组DNA。第三，带着新基因的运载体进入一种生物细胞里。第四，新的基因在该细胞里定居下来，并不断进行复制、繁殖，产生无性生殖系，即细胞分裂后产生的新细胞仍然含有外源性基因或DNA分子。2.基因工程的应用第一，基因工程在医药业中的应用。生产蛋白类药物基因疗法第二，基因工程在农业上的应用。具有抗真菌能力的新型烟草第三，基因工程在工业方面的应用。快速分解石油的细菌微生物生产氢气8-3药用植物有效成分及药物设计一、药用植物有效成分二、药物设计一、药用植物有效成分从药用植物中有效成分按结构特点可分为：生物碱、醌类、黄酮类、强心甙类、萜类、苯丙素酚类和皂甙类等。1.生物碱2.黄酮类化合物3.强心甙类1.生物碱生物碱为一类绝大多数具有显著生理活性的碱性有机物，广泛分布于植物界，是一类复杂的氮杂环化合物，含有碳、氢、氧和氮四种元素，少数不含氧元素。许多毒品为生物碱,毒品具有成瘾性。表6-5其他主要毒品的来源及其对人体健康损害毒

品来

源对人体健康损害海洛因（二乙酰吗啡，“白面”）是以吗啡为原料加工合成的吗啡衍生物。长期吸食，注射海洛因易患病毒性肝炎、肺脓肿、艾滋病等。高纯度的海洛因，会引起昏迷、呼吸减弱、体温降低、心跳缓慢、血压降低而导致死亡。大麻（火麻）为一年生草本植物。其叶、花、茎含有大麻酚、大麻二酚和四氢大麻酚。会使人脑功能失调、记忆力消退、健忘、注意力不集中。同时易损坏男女生育能力，增加人体致癌率。可卡因（古柯碱）是从古柯属的小灌木树的叶子中提取出来的粉末状白色晶体。医疗上为局部麻醉药品。滥用可使人皮肤苍白、瞳孔散大、体温升高、过分兴奋激动、周身颤抖、痉挛、肌肉扭曲、变形，严重时可出现颠狂的幻觉症。大剂量可致死。冰毒（甲基苯丙胺，去氧麻黄素）为人工合成的一种白色透明晶体，纯度很高。毒性很大，致幻性很强。长期使用，会导致大脑机能损坏，产生偏执狂和精神分裂症，大剂量会中毒死亡。摇头丸（二亚甲基双氧苯丙胺）是冰毒的衍生物。能危害人的中枢神经系统，严重时表现为精神状态，可使人十分狂躁或十分忧郁。其毒性很大，一次服用4g便会窒息死亡。安钠咖（苯甲酸钠咖啡因）为白色结晶状粉末。在医疗上用作中枢神经兴奋药。滥用就会成瘾，超剂量可致人死亡。杜冷丁（盐酸哌替啶）根据吗啡的化学结构衍生出来的一种合成麻醉药品，为目前常用的镇痛药之一。滥用可成瘾，严重危害人体健康和生命安全。可待因（甲基吗啡）从鸦片中提取的一种生物碱。临床上用于中等程度疼痛止痛和刺激性干咳的镇咳。成瘾性较吗啡弱，但滥用也能成瘾，危害人体健康。

2.黄酮类化合物两个苯环通过中央三碳链相互关连而成的一系列化合物。

在植物体内大部分与糖结合成甙，一部分以游离形式存在。

黄酮类化合物广泛分布于植物界中，而且生理活性多种多样。

甙又称配糖体，由糖或糖的衍生物与另一非糖物质—甙元通过糖的端基碳原子缩合而成的化合物）3.强心甙类由强心甙元和糖缩合所产生的一类甙。

强心甙元分子中含有环戊烷骈多氢菲核，属于甾体衍生物。是治疗心力衰竭不可缺少的重要药物，临床上用以治疗充血性心力衰竭及节律障碍等心脏疾患。强心甙存在于许多有毒的植物中，已知主要有十几个科几百种植物中含有强心甙。

二、药物设计1.探索酶的抑制剂2.受体激动剂与拮抗剂3.以核酸为靶的药物设计4.模仿药物5.计算机辅助药物设计2.受体激动剂与拮抗剂受体：生物体细胞的一种特异性大分子结构。

激动剂：药物作用于同一受体，在极低浓度就能和有关受体大分子相互作用，生成可逆性复合物，并进一步启动功能性变化，导致生理变化。拮抗剂：与受体结合后，不随着产生生理作用。4.模仿药物结构类似的药物，尤其带有相仿药效构象的化合物，可与同一酶或受体作用，应产生类似的效用的一种。创新药的途径。这类新药，称为“metoo”药物即“模仿药物”5.计算机辅助药物设计在研究药物对酶、受体、核酸等大分子作用时，采用量子力学、分子力学、分子动力学、定量构效关系等理论计算数据，利用计算机的分子图形模拟功能，用三维动态的图形显示药物分子与受体等大分子间相互作用情况。只限于药物分子与靶位物（酶、受体、核酸等）作用呈现药效学的设计阶段使用。

8-4微量元素与人体健康一、微量元素概述二、若干微量元素与人体健康三、其它微量元素与健康四、人体宏量金属元素简介一、微量元素概述元素在体内的含量不同分为微量元素

宏量元素微量元素

定义

分类元素的相互作用微量元素指在组织中存在而表现出功能的浓度可用μg/g，μg/L来表示的；或是指小于人类机体质量0.01%的元素。分类

必须微量元素

非必须微量元素必须微量元素锌、铜、铁、碘、硒、铬、钴、锰、钼、钒、氟、镍、锶、锡。必须微量元素生物效应与量和状态的关系人体中的必需微量元素有一个安全和适宜摄入的范围（量）。摄入不足会出现缺乏症状，摄入过多又会出现中毒反应。必需微量元素的氧化状态和存在形式不同，可能产生不同的作用。

非必须微量元素与量的关系在一定含量时，生物可耐受过量，毒性增加，最终可导致死亡。不同的元素阈限不同，越过阈限表现出毒性效应。元素的相互作用不同的元素共存时，会产生相互影响。例如锌可以抑制镉的毒性（称拮抗作用），铜可以促进铁的吸收（称协同作用）元素名称人体含量日需要量主要来源主要生理功能缺乏症过量症碘

25~26mg成人约需50~300g/d，儿童1g/（kg·d）。食物中含碘丰富的是海产品。海盐也含有一定量的碘。不缺碘地区的食物：大米、麦子、玉米、高粱、白薯、黄豆、鸡蛋、菠菜、葡萄。含碘碘是甲状腺激素合成的必需材料。碘通过甲状腺激素促进蛋白质的合成，活化100多种酶，调节能量代谢（1）地方性甲状腺肿（2）地方性克汀病铁3~5g成人约需12~18mg/d，孕妇和哺乳妇28mg/d，婴幼儿10mg/d。芝麻（黑）、猪肝、口蘑、藕粉（杭州）、葡萄（干）、紫菜、黄花菜（干）铁主要参与血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素氧化酶及触酶的合成，并与许多酶的活性有关缺血性贫血锌2~2.5g婴幼儿及儿童每天约0.2~1.2mg/kg，成年人约需10~15mg/d，妇女及妊娠妇约需25mg/d。哺乳妇还应增高至30~40mg/d。主要靠饮食营养食品，含锌较多的食品有乳品、动物肉食、肝脏、海产品、菠菜、黄豆、小麦等。锌与酶的构成有密切关系，大约有200种酶含有锌元素，锌与酶的活性有关。锌参与多种代谢过程，包括糖类、脂类、蛋白质与核酸的合成和降解。锌是参与免疫功能的一种重要元素，对免疫功能具有营养和调节作用。锌与维生素代谢有关。（1）营养性侏儒症。

（2）肠原性肢体皮炎。硒14~21mg成人每日为50μg，儿童1岁以内15μg、1~3岁为20μg等。主要由呼吸道和消化道吸收。硒含量最高的是肉类食物，谷类和豆类中硒含量又比水果和蔬菜高。海产品（如虾、蟹）的硒含量高。硒是构成谷胱甘肽过氧化物酶和烟酸羟化酶等的必需成分。硒能加强维生素E的抗氧化作用克山病，大骨节病维生素B12和叶酸代谢紊乱、铁代谢失常、贫血，发生心、肝、肾的病变氟

2.6g0.5~1mg/d海产品，茶叶氟是生物的钙化作用所必需的物质。氟也是牙齿的组成部分，防治龋齿的发生。氟促进肠道对铁的吸收，有利防治缺铁性贫血；氟促进伤口的愈合，降低冠心病的发病率，有益于生殖功能等。龋齿氟骨症牙齿发脆而容易折碎。二、若干微量元素与人体健康

三、其它微量元素与健康元素名称符号人体含量g日需要量mg主要来源主要生理功能缺乏症过量症锶38Sr0.321.9奶、蔬菜、豆类、海鱼虾类长骨骼，维持血管功能和通透性，合成粘多糖，维持组织弹性骨松疏，抽搦症，白发，龋齿关节痛，大骨节病，贫血，肌肉萎缩铜29Cu0.13干果，葡萄干，葵花子、肝、茶造血，合成酶和血红蛋白，增强防御功能贫血，心血管损伤，冠心病，白癜风，女性不孕症黄疸肝炎，肝硬化，胃肠炎，癌锰25Mn0.028干果，粗谷物，桃仁、板栗、菇类组酶，激活剂，增强蛋白质代谢，合成维生素，防癌软骨，营养不良，神经紊乱，肝癌，生殖功能受抑，贫血无力，帕金森症，心肌梗塞钒23V0.0181.5海产品刺激骨髓造血，降血压，促生长，参与胆固醇和脂质及辅酶代谢胆固醇高，糖尿病，心肌无力，骨异常，贫血结膜炎，鼻咽炎，心肾受损锡50Sn0.0173龙须菜、西红柿、桔子、苹果、绿豆促进蛋白质和核酸反应，促生长，催化氧化还原反应抑制生长，门齿色素不全贫血，生长停滞，影响寿命镍28Ni0.010.3蔬菜、谷类、海带参与细胞激素和色素的代谢，生血，激活酶，形成辅酶肝硬化、尿毒，肾衰，肝脂质和磷脂质代谢异常鼻咽癌，皮肤炎，白血病，骨癌，肺癌铬24Cr小于0.0060.1啤酒、酵母、蘑菇、粗细面粉、红糖、蜂蜜、肉、蛋发挥胰岛素作用，调节胆固醇、糖和脂质代谢，防止血管硬化糖尿病，心血管病、高血脂、胆石、胰岛素功能失常皮肤损害、伤肝肾，鼻中隔穿孔，肺癌钼42Mo小于0.0050.2豆荚，卷心菜、大白菜、谷物、肉类、酵母组成氧化还原酶，催化尿酸，抗铜贮铁，维持动脉弹性心血管病，克山病，食道癌，肾结石，龋齿睾丸萎缩，性欲减退，脱毛，软骨，贫血，腹泻钴27Co小于0.0030.0001肝、瘦肉、奶、蛋、鱼造血，心血管的生长和代谢，促进核酸和蛋白质合成心血管病，贫血，脊髓炎，白血病，青光眼心肌病变，心力衰竭，高血脂，致癌四、人体宏量金属元素简介宏量金属元素在体内以无机盐形式存在

生理功能常见的人体宏量金属元素：

钠、钾、镁、钙生理功能人体内无机盐又称电解质，其最重要的生理功能是：①维持体液的电中性；②维持一定的渗透压；③建立物质溶解所需的一定条件；④建立体液酸碱平衡所需的缓冲系统；⑤维持神经系统的兴奋性，使机体具有接受环境刺激和作出反应的能力；⑥通过生物酶的强化或抑制，影响代谢过程；⑦是构成骨骼和牙齿的原料

钠Na正常人体内钠的总量一般为40~50mmol/kg,其中44%在细胞外液，9%在细胞内液，47%存在于骨骼之中。正常成人每日摄入钠100~200mmol。（1）低钠血症这是由于失钠造成的。常见的失钠原因有：①胃肠道消化液的丧失。②大量出汗。③肾性失钠。④其它原因。（2）高钠血症

钾K

正常成人体内钾的总量约为0~55mmol/kg，其中98%存在于细胞内，每日约需钾0.4mmol/kg。钾主要来自水果，蔬菜等植物性食物，其中90%的钾在肠道吸收。（1）低钾血症状主要由于:①摄入不足。②丢失过多。③钾在体内重新分布。一般钾丢失200~400mmol/L即可出现低血钾症。根据个体情况进行饮食补钾、口服补钾及静脉补钾等治疗。（2）高钾血症常见原因有：

①细胞内钾外逸。②钾摄入或输入过多。

③肾排泄钾的功能减退。④血浆pH的影响。可根据患者情况，用静脉注射钙剂对抗高钾血症引起心脏的兴奋作用；用相应的药物促进钾离子进入细胞内或促进钾的排泄；控制钾的摄入等方法来治疗。镁Mg体重70kg的成人体内含镁35g，其中60%存在于骨骼中。成年人每日镁的需要量为0.15~0.175mmol/kg。镁在人体小肠中吸收。镁广泛分布在植物中，肉和脏器也富含镁，但奶中则较少。镁是多种酶系统，特别是ADP酶必要辅因子，故镁具有十分重要的生理功能。（1）低镁血症低镁血症是由于镁的摄入不足，吸收减少，体内再分布失调，损耗增加等原因引起的。

（2）高镁血症

钙Ca（1）钙磷平衡

一般不会缺乏，人体含磷总量约为800g，占人体质量的1.3%左右。除了构成体内活性物质，参与物质能量代谢外，磷可与钙结合成为磷酸钙，是构成骨骼和牙齿的主要物质。正常人的钙磷代谢是平衡的。调节钙磷代谢平衡的主要因素，除了食物质量以外，依靠骨、肠、肾三个器官和甲状旁腺激素、降钙素及胆骨化醇三种激素来调节。（2）缺钙引起的疾病佝偻病婴儿手足搐搦症骨质疏松

8-5化学仿生学一、生物反应器二、生物传感器和生物计算机三、昆虫信息素与害虫防治一、生物反应器1．酶反应器2．固定化细胞反应器固定化酶生物反应器。酶与固体材料结合如纤维素、葡聚糖、琼脂糖、高分子聚合物及多孔无机材料等等。这些材料含有大量空隙的形态，具有较大的表面积。在一定的条件下，酶与这些材料以物理吸附、化学键形成或生物特异性结合等方式结合，有时也以是固体材料网络把酶包起来。将这些结合了酶的载体材料装填成柱或别的形式的反应装置，再配以进出料及其他条件的控制设备，便成了一种新型的反应器——固定化酶生物反应器。固定化酶生物反应器已使食品、医药和化学工业等的不少生产流程发生了变革。

固定化酶生物反应器将结合了酶的载体材料装填成柱或别的形式的反应装置，再配以进出料及其他条件的控制设备，形成了一种新型的反应器。二、生物传感器和生物计算机

1.生物传感器的原理及生物敏感膜2.生物传感器的种类与应用3.生物计算机1.生物传感器的原理及生物敏感膜传感器

一种信息检测、传输的器件。其敏感材料是由各种电子元器件组成的。生物传感器

利用生物体的特殊功能与相应的物理、化学检测器件相结合组成的。生物传感器的传感原理生物敏感膜生物传感器的传感原理生物敏感膜生物学反应信息电信号换能器二次仪表被分析物生物敏感膜又称分子识别元件，是生物传感器的关键元件，它直接决定传感器的功能与质量。依所选材料不同，可以有酶膜、全细胞膜、组织膜、细胞器膜、微生物膜、免疫功能膜和杂合膜等，

2.生物传感器的种类与应用（1）电极型生物传感器（2）热检测型生物传感器（3）光检测型生物传感器（4）智能生物传感器

（1）电极型生物传感器用氢电极等来测定与生化反应有关的各种离子浓度。第一酶传感器（简称酶电极）。第二微生物传感器、免疫传感器及细胞器传感器等。微生物传感器利用微生物的生理特性,将微生物膜贴在电极表面，即形成微生物传感器，它也称微生物电极。免疫传感器当传感器的抗